Метод, позволяющий российским производителям литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) отказаться от импорта полимерного сырья, разработали ученые Череповецкого государственного университета (ЧГУ), 19 мая сообщает пресс-служба Минобрнауки России.

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) в настоящее время широко используются в различных портативных гаджетах и других электронных приборах, а также электромобилях и электробусах.

В их конструкции предусмотрен пористый разделитель (сепаратор), предохраняющий от короткого замыкания между катодом и анодом в случае высыхания электролита. Таким образом, от сепаратора, в качестве которого в последнее время используются полипропиленовые пленки (ПП), зависит безопасность и надежность ЛИА.

В проекте по повышению стабильности ЛИА совместно со специалистами Лаборатории математики и компьютерного моделирования наноструктур ЧГУ работали ученые из США. В одном из исследований ПП они провели эксперименты по изучению влияния различных растворителей, применяющихся в электролитах ЛИА, на процессы набухания и механические свойства таких пленок.

«Однако наши коллеги не смогли понять, почему, с одной стороны, во многих растворителях происходит снижение механических свойств („размягчение“) ПП сепаратора, а с другой стороны, в некоторых растворителях (пропиленкарбонат и ацетонитрил) возникает пороэластический эффект, когда этот же сепаратор сохраняет свои механические свойства (в идеальном растворителе) или даже улучшает их, что очень важно для решения проблемы стабильности современных ЛИА», — рассказала заведующая лабораторией ЧГУ кандидат физико-математических наук Ольга Максимова.

Объяснить эти эффекты смогла созданная в лаборатории математического и компьютерного моделирования наноструктур ЧГУ аналитическая теория растворов ведущего сотрудника этой лаборатории, доктора физико-математических наук, профессора Андрея Максимова, который модернизировал теорию, разработанную ранее нобелевским лауреатом по химии Полем Флори для растворов обычных, непористых полимеров.

Сотрудник лаборатории математического и компьютерного моделирования наноструктур ЧГУ Владислав Егоров пояснил:

«На основе данной работы в нашей лаборатории был разработан универсальный метод, который можно использовать для быстрой оценки совместимости различных пар „полимер-растворитель“ для последующего их применения в ЛИА. На основе этого метода для любого полимерного сепаратора можно подобрать идеальный растворитель на основе всего двух дополнительных параметров, которые можно определить с помощью экспериментальных измерений коэффициента набухания сепаратора всего в двух (а не в пятнадцати) растворителях».

Метод череповецких ученых намного проще и быстрее, чем используемый в настоящее время, когда для выбора подходящей пары растворитель-полимер нужно было проводить 15 проб.

«Поэтому, как следствие, этот метод в перспективе дает возможность реализовать и удешевить отечественное производство ЛИА уже на своем полимерном сырье, освободив его от импорта полипропиленовых пленок (из США, Германии, Китая и других стран)», — отметил Владислав Егоров.

Результаты исследования ученые представили в статье «Прогнозирование набухания полипропиленовых сепараторов и его влияние на характеристики литий-ионных аккумуляторов», опубликованной в ACS Applied Polymer Materials 2023 5 (3).